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T i l l G n a n n , M a r t i n W i e t s c h e l , P a t r i c k P l ö t z u n d A n d r é K ü h n

F r a u n h o f e r I n s t i t u t f ü r S y s t e m - u n d I n n o v a t i o n s f o r s c h u n g I S I

POTENZ IALE UND F INANZ IERUNGSBEDARF VON

HYBRID-OBERLE ITUNGS-LKW

Bildquelle: Siemens AG

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Seite 2

Agenda

1. Hintergrund und Motivation

2. Marktpotenzial von HO-Lkw

3. Potenziale zur Emissionsminderung

4. Finanzierung einer Oberleitungsinfrastruktur

5. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf

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Seite 3

Die ThG-Z ie le s ind drast i sch und es wi rd d ie Sektoren untersch ied l ich t reffen

250

374

562

749

2050*

2040203020202013

951

1990

1.248

Industrie

Verkehr

Haushalte

GHD

Industrieprozesse

Landwirtschaft

Flüchtige Emissionen

Abfallwirtschaft Energiewirtschaft

224

KS80**

Proportional

250

Emissionswerte Umweltbundesamt

80%-Ziel der Bundesregierung

Verschiedene Szenarien

……

* Max Szenario der Bundesregierung 80% Reduktion bis 2050** KS80 Szenario der Studie „Klimaschutzszenarien“, von Öko Institut e. V. und Frauenhofer ISI

SektorPropor-tional

KS80

Differenz zu proportionaler

Allokation

Mio t. CO2

3 4 + 1 (33%)

4 3 - 1 (25%)

17 63 + 46 (271%)

16 9 - 7 (44%)

13 8 - 5 (38%)

27 18 - 9 (33%)

42 25 - 17 (40%)

33 34 + 1 (3%)

95 61 - 34 (36%)

250 224

Differenzen in einzelnen Sektoren

3

D e u t s c h l a n d : S z e n a r i e n z u r T H G - E m i s s i o n s r e d u k t i o n [ M i o . t . C O 2 e ]

95% MinderungNiveau heutigeLandwirtschaft

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Kennzahlen und untersuchte s t rombas ier te Antr iebstechnologien

GK1 GK2 GK3 GK4 Sattelzüge[0 ; 3,5t] (3,5t ; 7,5t] (7,5t ; 12t] (12t ; 26t] 40t

Größenklasse (GK)

Zul. GGW [t]

Ø JFL* [km/a]

Bestand [Fzg.]

UntersuchtepotenziellestrombasierteAntriebs-technologien

HO-Lkw

LNG

BEV / PHEV

Brennstoffzelle

ca. 106 Tsd.ca. 74 Tsd.ca. 66 Tsd.ca. 27 Tsd.ca. 13 Tsd.

ca. 183 Tsd. ca. 161 Tsd. ca. 77 Tsd. ca. 262 Tsd.ca. 2 Mio.

Fahrleistung[Fzg.-km/a]

26 Mrd. 7,1 Mrd. 5,1 Mrd. 11,9 Mrd. 19,4 Mrd.

CO2-Emission1

WTW [g/Fzg.-km]241 431 594 7812 1.016

1) ø alle Straßenkategorien , Euro-VI, Auslastung 50% 2) mit dem Bestand gewichtetes Mittel aus 'LKW >14-20t und 'LKW >20-26t * JahresfahrleistungQuelle: KBA (2013), FZ 25 und VD3; HBEFA 3.1 sowie Stichprobe Gebrauchtfahrzeuge (truckscout24)

CO2-EmissionWTW [Mio. tCO2/a] 6,3 3,0 3,0 9,3 19,7

CNG

EnergiebedarfTTW [TWh/a] 19,0 9,2 9,1 28,1 59,5

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„Hybrid-Oberleitungs-Lkw: Potenziale zur Elektrifizierung des schweren Güterverkehrs“

Projekt innerhalb der Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie (MKS-II)

Laufzeit: 10/2015 bis 09/2016

Projektpartner: Fraunhofer ISI (Martin Wietschel, Patrick Plötz, André Kühn, Cornelius Moll, Daniel Speth, Jan Buch, Tobias Boßmann, Till Gnann)PTV AG (Volker Waßmuth, Daniela Paufler-Mann, Werner Balz, Helmut Frik)Fraunhofer IML (Sebastian Stütz, David Rüdiger, Maximilian Schellert)TUHH (Anne Rödl)M-Five (Wolfgang Schade, Simon Mader)

Zwei Expertenworkshops: - „Hybrid-Oberleitungs-Lkw: Potenziale zur Elektrifizierung des schweren Güterverkehrs“ (März 2016)

- „Auswirkungen auf die Energiewirtschaft“ (Mai 2016)

Download der Studie unter: http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/G/MKS/hybrid-oberleitungslkw.html?nn=214206

Pro jektübers icht MKS-Hybr id-Ober le i tungs -Lkw

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TEIL 1 – TECHNO-ÖKONOMISCHE ANALYSE

Infrastruktur

Fahrzeuge

TEIL 2 – MARKTENTWICKLUNG

Ausbau der HO-Infrastruktur

Markthochlaufberechnung

TEIL 3 – AUSWIRKUNGEN VON HO-LKW

THG-Bilanz mit LCA

Energiewirtschaftliche Auswirkungen

Folgen für Hersteller und Logistik

Finanzierungsmodelle

Europäische Dimension

Übers icht Inha l tsverze ichnis und Auswahl der re levanten Kapi te l

Teil 1 des Vortrags

Teil 2 des Vortrags

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Agenda

1. Hintergrund und Motivation

2. Marktpotenzial von HO-Lkw

1. Annahmen und Modellierung

2. Ergebnisse

3. Potenziale zur Emissionsminderung

4. Finanzierung einer Oberleitungsinfrastruktur

5. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf

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Z ie l i s t d ie Ers te l lung e ines TCO -Model l s , das a l le re levanten Inputs berücks icht igt

Modell / Markthochlauf-

berechnung

Fahrzeuge- 5 Größenklassen- 9 Antriebsarten- Gewichts- und Volumenauswirkung

Infrastruktur

Lkw-Verkehr- Fahrleistung/Nutzung- Verkehrsströme (HO-Lkw)- Anforderungen von Speditionen

Rahmendaten- Energieszenarien- GV-Entwicklung- Pkw-Szenarien

Markthochlauf

CO2e-Vermeidungskosten

Endenergieein-sparung

Politikmaß-nahmen…

Inputs Outputs

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Daten

Stichprobe von Nutzfahrzeugen auf Basis der KiD Stichprobengröße etwa 6.000 Fzg. in sieben Gewichtsklassen; Ermittlung der Jahresfahrleistungen auf Basis der Tachostände (truckscout24.de) und 1.017 SZM aus KiD2010

Daten & wicht igs te Parameter

Neuzulassungen nach Größenklassen (deutsche Neuzulassungen)

Jahr GK4*(12-26t)

SZM*

Neuzulassungen 2015 6.200 34.000

Neuzulassungen 2030 6.200 39.950

Nutzungsdauer 10 6

Bestand 2030 62.000 239.700

Jahr Dieselpreis Gaspreis Strompreis Industrie

2015 0,98 €/l 0,87 €/kg 0,14 €/kWh

2030 1,53 €/l 1,11 €/kg 0,16 €/kWh

Energieträgerpreise**

* Ohne Baufahrzeuge aufgrund von Spezialaufbauten und geringer Autobahnnutzung.

** Alle Preise ohne MwSt.

Quellen: Kraftfahrt-Bundesamt (2016), Schubert, M. et al. (2014): Verkehrsverflechtungsprognose 2030. Los 3: Erstellung der Prognose der deutschlandweiten Verkehrsverflechtungen unter Berücksichtigung des Luftverkehrs. Auftraggeber: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur. BVU Beratergruppe Verkehr + Umwelt GmbH (Freiburg); Intraplan Consult GmbH (München); Ingenieurgruppe IVV GmbH & Co. KG (Aachen); Planco Consulting GmbH (Essen).; Auf der Maur, A., Rommerskirche, S., Strassburg, S. (2015): Aktualisierung des Referenzszenarios für die Einsparpotenziale der Treibhausgas-Emissionen und des Endenergieverbrauchs im Verkehr für die Zeithorizonte 2020 und 2050; Prognos, 30.01.2015 (vertraulich); McKinsey & Company et al.(2010): A Portfolio of Power-Trains for Europe: A Fact-Based Analysis.

Die wichtigsten Parameter wurden auf Workshop am 01.03.2016 abgestimmt.

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Seite 10

Im Jahr 2015 steht keine Oberleitung zur Verfügung.

Für HO-Lkw werden für 2030 folgende Zusatzannahmen getroffen:

Der Anteil des Fahrens an der Oberleitung hängt davon ab,

1. ob das Fahrzeug viel auf der Autobahn fährt (=individueller Autobahnanteil)

2. mit welcher Wahrscheinlichkeit dieses Fahrzeug auf der elektrifizierten Autobahn unterwegs ist (=DE-Anteil)

3. und welche Menge an Autobahn elektrifiziert ist (=HO-Ausbau)

Für alle Fahrzeuge wird eine beschränkte Verfügbarkeit des Fahrzeugangebots angenommen (vgl. Plötz et al. 2013 und Wietschel et al. 2017).

Besonderhe i ten der Fahrzeuge und resu l t ie rende Zusatzannahmen

Plötz, P.; Gnann, T.; Kühn, A.; Wietschel, M. (2013): Markthochlaufszenarien für Elektrofahrzeuge. Studie im Auftrag der acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und der Arbeitsgruppe 7 der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE). Karlsruhe: Fraunhofer ISI, 211 S.

Wietschel, M. et al. (2017): „Machbarkeitsstudie zur Ermittlung der Potentiale des Hybrid-Oberleitungs-Lkw“, Studie im Rahmen der wissenschaftlichen Beratung des BMVI zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, Fraunhofer IML, Dortmund, PTV Transport Consult GmbH, Stuttgart, Karlsruhe, TU Hamburg-Harburg, Hamburg, M-Five, Karlsruhe, Germany 2017.

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Seite 11

„Je höher die Jahresfahr-leistung, desto größer der Autobahnanteil“ Aber wie viel?

Auswertung von KiD2010 und Daten aus PTV Validate

Der Autobahnanteil hängt schätzungsweise gemäß der Formel von der Tagesfahrleistung ab:

BAB-Anteil = 1-exp(TFL/381)

1. Ind iv idue l le r Autobahnante i l

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 500 1000 1500 2000

Mit

tler

er B

AB

An

teil

Tagesfahrleistung (TFL) [km]

Fit

Mittlerer Anteil BAB

Berechnungen der PTV AG und Auswertung der KiD

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Seite 12

2. DE-Ante i l :Fahrten nur in Deutsch land (über 90%)?

Fahrzeugtyp Achsen-abschnitt

Steigung (1e-6)

Nur Deutschland (Anteil > 90%)">3.5t" 0.094 3.672"SZM" 0.398 0.402

Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass der HO-Lkw auf einer elektrifizierten Autobahn fährt?

Auswertung von KiD2010 (Frage nach häufigstem Einsatzgebiet: Regional, National, International)

Lkw mit geringen Fahrleistungen eher regional, mit sehr hohen Fahrleistungen eher international unterwegs

Wahrscheinlichkeit für HO-Strecke analog mit DE-Anteil (steigt mit Jahresfahrleistung)

WVI, IVT, DLR, und KBA (2010). Kraftfahrzeugverkehr in Deutschland 2010 (KiD2010). WVI Prof. Dr.Wermuth Verkehrsforschung und Infrastrukturplanung GmbH, Braunschweig, IVT Institut für angewandte Verkehrs und Tourismusforschung e. V., Heilbronn, DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - Institut für Verkehrsforschung, Berlin, KBA Kraftfahrt-Bundesamt, Flensburg

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Seite 13

Ausbau von verschiedenen Autobahnabschnitten hat unterschiedlichen Nutzen

Autobahnen mit höherer Belastung sollen zuerst elektrifiziert werden

Reihenfolge der Autobahnen wurde gebildet über (manuelle

Zählung BASt 2010 & Mauttabelle 2015)

Mit 30% Ausbau erreicht man 50% des Verkehrs

Nutzen eines Ausbaus am Anfang hoch und über die Zeit abnehmend:

3. HO-Ausbau über Nutzen von Autobahnen

0 5 10 15 20

A 2

A 3

A 99

A 10

A 5

A 9

A 61

A 81

A 30

A 6

A 40

A 1

A 7

A 45

A 12

A 4

A 67

A 14

A 57

A 42

Mittelwert von Belastung [1000 LKW / 24 h]

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

An

teil

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W*

km

/24

h

Anteil BAB-km

Daten

fit

http://www.bast.de/DE/Statistik/Verkehrsdaten-Downloads/2010/Manuelle-Zaehlung-2010.html und http://www.mauttabelle.de/maut.html sowie Berechnungen der PTV AG

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Seite 14

Agenda

1. Hintergrund und Motivation

2. Marktpotenzial von HO-Lkw

1. Annahmen und Modellierung

2. Ergebnisse

3. Potenziale zur Emissionsminderung

4. Finanzierung einer Oberleitungsinfrastruktur

5. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf

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Ausbau der E lekt r i f i z ie rung Autobahnen für HO-Lkw mit höchster Nutzung

1000 - 4000 kmHO-Lkw

KA KA

M

KK

HH

F F

B

Berechnungen der PTV AG und des Fraunhofer ISI

1000 kmHO-Lkw (rot)

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Seite 16

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2015SZM

2020Marktanteile

2025 2030

H-Induktiv

H-Stromschiene

HO-Lkw Batterie

HO-Lkw Diesel

andere alt. Antriebe

CNG/LNG

Diesel

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2015GK4

2020Marktanteile

2025 2030

HO-Lkw Batterie

HO-Lkw Diesel

andere alt. Antriebe

CNG/LNG

DieselGK4 (12-26t)

SZM

GK4

HO-Diesel Lkw ist mit 10% Marktanteil bei den Neuzulassungen vertreten

Hauptkraftstoff bleibt Diesel

SZM

Bei den SZM kann nur eine sehr kleine Menge mit HO-Lkw betrieben werden (1000km Infrastruktur)

CNG/LNG mit 60% Marktanteil

Ergebnisse ab 12t mit HO- Inf ras t ruktur-ausbau von 1000 Ki lometern bis 2030

Neuzulassungen

Neuzulassungen

Modellergebnisse

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0%

10%

20%

30%

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2015SZM

2020Marktanteile

2025 2030

H-Induktiv

H-Stromschiene

HO-Lkw Batterie

HO-Lkw Diesel

andere alt. Antriebe

CNG/LNG

Diesel

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2015GK4

2020Marktanteile

2025 2030

HO-Lkw Batterie

HO-Lkw Diesel

andere alt. Antriebe

CNG/LNG

DieselGK4 (12-26t)

SZM

GK4

HO-Diesel Lkw legt von 10% (1000km) auf 15% Marktanteil bei den Neuzulassungen zu (Reduktion des Dieselanteils)

Neuzulassungen weiter durch Dieselfahrzeuge geprägt

SZM

25% Marktanteil von HO-Diesel-Lkw (in Vergleich zu einigen wenigen Prozent bei 1000km)

Reduktion der Marktanteile von CNG und Dieselfahrzeugen

Großer Einfluss der Infrastruktur, aber wie hoch?

Ergebnisse ab 12t mit HO- Inf ras t ruktur-ausbau von 4000 Ki lometern bis 2030

Neuzulassungen

Neuzulassungen

Modellergebnisse

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Seite 18

Die größten Zuwächse werden mit einem Ausbau auf bis zu 3000 km Autobahn erzielt

Danach kaum mehr Änderung im Bestand

Zusammenhang zwischen Fahrleistungsverteilung der SZM und Ausbau, da kleine Menge an Infrastruktur reicht für große Menge an Lkw

Aber auch Beschränkung auf DE und beschränktes Fahrzeugangebot spielt eine Rolle

Ante i le der HO-Lkw im Bestand und Inf ras t rukturausbau

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

0 5.000 10.000 15.000

HO

-Lkw

im

Best

an

d 2

030

Elektrifizierte BAB-km

Modellergebnisse

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Agenda

1. Hintergrund und Motivation

2. Marktpotenzial von HO-Lkw

3. Potenziale zur Emissionsminderung

4. Finanzierung einer Oberleitungsinfrastruktur

5. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf

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Seite 20

CO2-Emissionen hängen vom Infrastrukturausbau ab

Über 3000 km wenig zusätzliche Fahrzeuge, aber höhere elektrische Fahranteile höhere CO2

Einsparung mit höherem Ausbau

Die e ingesparten CO2-Emiss ionen hängen auch vom Inf ras t rukturausbau ab

Vermeidungskostenkurve ohne Sättigungseffekt

Maßnahme, aber bezahlbar im Vergleich zu anderen Verkehrsoptionen zur CO2 -Vermeidung

€-

€50

€100

€150

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€350

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0 2000 4000 6000

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CO

2e]

Ausbau Oberleitungsinfrastruktur [km]

0

0,5

1

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2

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0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000

Em

issi

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HO

-Lkw

2030 [

Mt

CO

2e]

elektrische Autobahnkilometer 2030

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Vermeidungskosten im Verkehrssektor

ACHTUNG:

Studie aus dem

Jahr 2007, aber

gute Darstellung

Wenige

Maßnahmen aus

dem schweren

Lkw-Bereich

Kosten aus HO-

Lkw-Studie:

120 €/t CO2 bei

0,8 Mt CO2

400 €/t CO2 bei

2,5 Mt CO2

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HO-Lkw* mit klaren WtW-Wirkungsgradvorteile ggü. gasförmigen (H2) oder flüssigen Kraftstoffen (LNG, Methanol)

Reine Batteriefahrzeuge (=BEV) am effizientesten, aber ohne klare Fortschritte bei Batterietechnologie oder Ladeinfrastruktur nicht praktikabel; Unklar, ob überhaupt möglich

Der Pr imärenerg iebedarf anderer Lkw-Opt ionen i s t deut l i ch höher

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Methanol LNG FCEV BEV CHV

tota

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nu

al

ren

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ed

[TW

h]

2050

Wie viel Strom bräuchte man zur vollständigen Umstellung aller Sattelzugmaschinen?

Grafik aus: Gnann, T., Plötz, P., Wietschel, M., Kühn, A.: What is the best alternative drive train for heavy road transport? EVS30 Symposium Stuttgart, Germany, October 9 - 11, 2017, accepted paper

HO-Lkw

* hier mit 100% elektrischem Fahren angenommen

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Agenda

1. Hintergrund und Motivation

2. Marktpotenzial von HO-Lkw

3. Potenziale zur Emissionsminderung

4. Finanzierung einer Oberleitungsinfrastruktur

5. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf

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Gesamtwirtschaftliche Perspektive:

Kosten der Infrastruktur vs. Einsparungen durch die effizienteren HO-Antriebe

Einsparungen über den Kosten bei Oberleitungsausbau bis 2700 km

ODERNutzerfinanzierung bis 2700 km denkbar

ABER: Beschränkung der Infrastruktur auf Deutschland ( Europäische Rechnungen derzeit in Arbeit) und vollständiges „Abschöpfen“ der Gewinne der Nutzer

Verg le ich der E insparungen und Inf ras t rukturkosten 2030

-0,4 €

-0,2 €

- €

0,2 €

0,4 €

0,6 €

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1,0 €

0 2000 4000 6000

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Infrastrukturausbau [km]

Infrastrukturkosten Einsparungen Differenz

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Eingeschwungener Zustand (ohne DE-Beschränkung, 250.000 Fahrzeuge im Bestand)

Welche Kosten entstehen durch Infrastrukturaufbau? ~800 Mio. €/a für 4.000 km (Kapitalkostenannuität und laufende Kosten (2%)).

Welche Einsparungen sind zu erzielen (4000km)? 2 Mrd. €/a (Differenz Ausgaben HO-Lkw und Diesel).

Welche Maut müsste man verlangen (4000km)? ca. 5,3 €ct/km (bei 60% HO-Anteil und 100.000km JFL)

Welche Maut könnte man verlangen (4000km)? ca. 0,16€/kWh * 30% * 1,6 kWh/km = 7,7 €ct/km

Langfristig ist eine Nutzerfinanzierung möglich.

0 €

1 €

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3 €

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-25% -13% 0% 13% 25%

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Parameteränderung

Sensitivität Dieselpreis

Sensitivität StrompreisIndustrie

Infrastrukturkosten(4000km)

Nutzungsabhängige F inanz ierung im e ingeschwungenen Zustand mögl ich

(Strompreis) (Erhöhung) (Verbrauch)

Einsparungen

Einsparungen

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Mögl ichke i ten der F inanz ierung be im Aufbau (1 /2)

Finanzierung von 10-12 Mrd. Euro für Aufbau durch Staat oder Privatwirtschaft

oder von beiden (PPP)?

Optionen des Staats:

- Haushaltsfinanzierung:

- 10%-Erhöhung der Kfz-Steuer: 750 Mio. €/Jahr

- 0,05€/l Abschlag auf Kraftstoffpreis: 3 Mrd. €/Jahr

- ABER: Finanzierung der Straßeninfrastruktur geringer, Interessenskonflikt mit Schiene?

- Nutzerfinanzierung:

- über Maut (wenn HO-Infrastruktur Teil der Verkehrsinfrastruktur)

- über Nutzer der HO-Infrastruktur

- Fonds können aus Haushaltsmitteln gefüllt werden und sind nutzungsgebunden

Optionen der Privatwirtschaft:

- vollständige Finanzierung

- Teil-Förderung, z.B. aus EFSI-Fonds (Juncker-Plan)

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Mögl ichke i ten der F inanz ierung be im Aufbau (2 /2)

Public-Private-Partnerships (PPP) mit Begrifflichkeiten des BMVI:

- A-Modell (=Aufbaumodell): privater Betreiber erhält Konzession zum Bau und Betrieb,

dafür erhält er die Einnahmen, die er für die Nutzung veranschlagt. I.d.R.

Anschubfinanzierung und Vertragslaufzeit von 30 Jahren.

- V-Modell (=Verfügbarkeitsmodell): Bau und Betrieb in privater Hand, aber festgelegtes

„Verfügbarkeitsentgelt“ vom öffentlichen Partner, d.h. unabhängig von der Nutzung.

- F-Modell (=Fernstraßenbaufinanzierungsgesetz-Modell): Bau und Betrieb durch private

Hand, aber vom Staat festgelegtes Nutzungsentgelt, das (teilweise) an den privaten

Betreiber geht.

Am wahrscheinlichsten erscheinen derzeit PPP (V- oder F-Modell), aber beste

Finanzierungsform bislang unklar.

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Agenda

1. Hintergrund und Motivation

2. Marktpotenzial von HO-Lkw

3. Potenziale zur Emissionsminderung

4. Finanzierung einer Oberleitungsinfrastruktur

5. Fazit, Ausblick und weiterer Forschungsbedarf

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Was lässt sich festhalten bezüglich Potenzialen und Finanzierungsbedarf?

Für rein deutsche Lösung könnte der Anteil der HO-Lkw nennenswert sein (30% des Bestands 2030), aber:

bedingt durch den Ausbau der HO-Infrastruktur

Nicht alle Lkw nutzen die elektrifizierten Autobahnen (komplxe Rechnung für elektrischen Fahranteil)

Entwicklung der Konkurrenztechnologien beachten (z.B. CNG/LNG – Besteuerung Kraftstoffe)

Deutliche CO2-Einsparung zu vergleichsweise geringen Vermeidungskosten (150-400€/t CO2e)

Langfristig über Nutzer finanzierbar, beim Aufbau erscheinen PPP eine gute Alternative zu sein

Welche Punkte müssen noch weiter untersucht werden?

Marktakzeptanz der Technologie (Flexibilität, Zuverlässigkeit) und Nutzerakzeptanz v. Fahrer/ Anwohner

Bewegungsprofile von Lkw zur detaillierten Bestimmung von Autobahnanteilen (GPS-Tracking)

Strategien zur Elektrifizierung des Quell-/ Ziel- und Transitverkehrs

Europäische Lösung in Sicht? Konflikt durch unterschiedliche verkehrspolitische Zielsetzungen?

Gibt es Verlagerungseffekte (Schiene/Binnenschiff Straße)?

Weitere Detaillierung der Finanzierungsmodelle beim Aufbau der Infrastruktur

Faz i t , Ausb l ick und wei terer Forschungsbedarf

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VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/G/MKS/hybrid-oberleitungslkw.html?nn=214206

W e i t e r e I n f o r m a t i o n e n z u m P r o j e k t u n t e r :

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ANHANG

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S ind Ober le i tungs -Lkws e in s innvol le r Weg?Gibt es bessere Al ternat iven?

Kontroverse Diskussion:

„Henne-Ei-Problem“

(Geschäftsmodell, Betreibermodelle)

Technische Herausforderungen

Fehlen detaillierterer

Wirtschaftlichkeitsrechnungen

Grenzüberschreitender Verkehr

Standardisierung

Rechtliche & sicherheitsrelevante

Fragen

Fahrzeugangebot

Alternativen (z.B. Umstieg Schiene)

Akzeptanz

Bevölkerung

Nutzer

……

Systeme mit oberleitungsgebundenen elektrischen

Betrieb von schweren Nutzfahrzeugen auf

vielbefahrenen Autobahnen.

I.d.R. Hybridantriebe (elektrischen Antrieb,

konventioneller Antrieb, Batterien zum

Zwischenspeichern)

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Überb l ick Model l

1. Bestimme für jedes Fahrprofil die TCO für jeden Antrieb und wähle den günstigsten2. Bestimme Anteil pr,s

der Antriebsart s in Größenklasse r

Datensatz mit 5.729 Fahrzeugen inkl.

Jahresfahrleistungen

Beschränkte Verfügbarkeit

von Fahrzeugen und Infrastruktur

p²r,s= pr,s *br,s

Rel

ativ

er

Mar

ktan

teil

Berech-nung

Neuzulas-sungen

Nr,s= p²r,s *Nr

Bestands-modell

Abso

lute

r M

arkt

ante

il

Fahrzeugoptionen9 Antriebe, 5

Gewichtsklassen

Anzahl Tankstellen / elektrifizierte Autobahnkilo

meter

Infrastrukturkosten

Energieszenarien Entwicklung

Fahrzeugzu-lassungen

Beschränktes Angebot

Pkw-Szenarien

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Neuzulassungen nach Größenklassen (deutsche Neuzulassungen)

Systemgrenzen und wicht ige Annahmen

Jahr GK1 (<3,5t)

GK2(3,5-7,5t)

GK3 (7,5-12t)

GK4*(12-26t)

SZM*

Neuzulassungen 2015 228.000 18.000 9.000 6.200 34.000

Neuzulassungen 2030 278.000 18.000 10.000 6.200 39.950

Nutzungsdauer 8 12 10 10 6

Bestand 2030 2.224.000 216.000 100.000 62.000 239.700

Jahr Dieselpreis Gaspreis Strompreis Industrie

Strompreis Gewerbe

Wasserstoff-preis

2015 0,98 €/l 0,87 €/kg 0,14 €/kWh 0,21 €/kWh 8,60 €/kg

2030 1,53 €/l 1,11 €/kg 0,16 €/kWh 0,22 €/kWh 5,00 €/kg

Energieträgerpreise**

* Ohne Baufahrzeuge aufgrund von Spezialaufbauten und geringer Autobahnnutzung.

** Alle Preise ohne MwSt.

Quellen: Kraftfahrt-Bundesamt (2016), Schubert, M. et al. (2014): Verkehrsverflechtungsprognose 2030. Los 3: Erstellung der Prognose der deutschlandweiten Verkehrsverflechtungen unter Berücksichtigung des Luftverkehrs. Auftraggeber: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur. BVU Beratergruppe Verkehr + Umwelt GmbH (Freiburg); Intraplan Consult GmbH (München); Ingenieurgruppe IVV GmbH & Co. KG (Aachen); Planco Consulting GmbH (Essen).; Auf der Maur, A., Rommerskirche, S., Strassburg, S. (2015): Aktualisierung des Referenzszenarios für die Einsparpotenziale der Treibhausgas-Emissionen und des Endenergieverbrauchs im Verkehr für die Zeithorizonte 2020 und 2050; Prognos, 30.01.2015 (vertraulich); McKinsey & Company et al.(2010): A Portfolio of Power-Trains for Europe: A Fact-Based Analysis.

Relevant für HO-Lkw

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Vergl. EinkommensungleichheitHier: Gini = 0.37 (BRD 0.3, US 0.4, Brasilien 0.6)

Datenbasis: manuelle Zählung BASt 2010 & Mauttabelle 2015

Belastung und Länge von 1900 BAB-Abschnitten

Beispiele elektrisches Potenzial (gesamt 13.000 BAB-km):

Ante i l e lekt r i scher Verkehrs le i s tung be i fes tem Ante i l e lekt r i scher Autobahn?

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0,1 1,0 10,0 100,0

CD

F

Streckenlänge [km]

http://www.bast.de/DE/Statistik/Verkehrsdaten-Downloads/2010/Manuelle-Zaehlung-2010.html und http://www.mauttabelle.de/maut.html sowie Berechnungen der PTV AG

Anteil elektr. BAB-km 0% 1% 5% 10% 20% 50% 80%Anteil elektr. LKW-km 0% 3% 12% 21% 36% 68% 91%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

An

teil

Ve

rke

hrs

leis

tun

gLK

W*

km

/24

h

Anteil BAB-km

Daten

fit

0%

20%

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60%

80%

100%

100 1.000 10.000 100.000 1.000.000

CD

F

Verkehrsleistung [LKW*km / 24 h]

Länge der Streckenabschnitte:

Verkehrsleistung auf Streckenabschnitten:

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Differenz ierung be i HO-Lkws

Elektromotor und Traktionsbatterie 200 kWh

Serieller Diesel-Hybrid mit kleiner Traktionsbatterie (~1 kWh)

Zwei denkbare Ausführungsvarianten

Oberleitungs-LkwStromschienen-

LkwInduktiv

geladener-Lkw

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Vergleich von drei Varianten:

Markthochlauf bis 2030 bei 1000 km Oberleitungsausbau

Markthochlauf bis 2030 bei 4000 km Oberleitungsausbau

Maximal: Alle Fahrzeuge über 12t und Oberleitung auf gesamten Autobahnnetz

Vergleich 1: 6 Mio. Elektroautos (@0,16 kWh/km & 14.300 km/a) sind ca. 14 TWh/a

Vergleich 2: Bruttostrommenge in den Klimaschutzszenarien (BMU 2015) im Jahr 2030: 501 TWh (KS95) - 593 TWh (AMS)

Übers icht Energ iebedarf a l te rnat iver Antr iebe für das Jahr 2030

0,2

8

36

0 10 20 30 40

1000 km 2030

4000 km 2030

Maximale Verbreitung

Stromnachfrage HO-Lkw [TWh]

1000 km 2030

4000 km 2030

Maximale Verbreitung

Perspektivisch für 2050

Modellergebnisse

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Regionale Effekte nach Markthochlauf 2030 Ände r ung de r l o k a l e n S t romna ch f r a ge du rch HO - Lk w

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- €

20.000 €

40.000 €

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0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000

TCO

20

30

Jahresfahrleistung

TCO Diesel TCO HO-Diesel (0% HO-Infra-Anteil)

Die Kosten der HO-Lkw hängen vom Anteil des elektrischen Fahrens an der Oberleitung ab

Ein hoher Anteil an der Oberleitung bedeutet eine schnellere Amortisation („Es rechnet sich bei geringeren Jahresfahrleistungen“)

Ca. 30.000 elektrische Kilometer notwendig zur Amortisation 2030

ABER: Elektrische Kilometer hängen vom Ausbau der Oberleitung ab

Ab wann werden HO-Diese l -Lkw 2030 wir tschaft l i ch? (ohne Inf ras t rukturkosten)

- €

20.000 €

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0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000

TCO

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Jahresfahrleistung

TCO Diesel TCO HO-Diesel (0% HO-Infra-Anteil)

TCO HO-Diesel (40% HO-Infra-Anteil) TCO HO-Diesel (80% HO-Infra-Anteil)

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Die Menge der wi r tschaft l i chen HO -Lkw l iegt oberha lb e iner Mindest fahr le i s tung

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0 50000 100000 150000 200000

Ku

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gkei

t (C

DF)

Häu

figk

eit

Jahresfahrleistung

Sattelzugmaschinen

Häufigkeit CDF

Der Marktanteil von HO-Lkw hängt von der Menge der Lkw mit Jahresfahrleistungen oberhalb einer Break-Even-Fahrleistung ab

Diese hängt vom Infrastrukturausbau ab

ACHTUNG:

Rechnungen ohne andere alternative Antriebe, diese können die Schwellen beeinflussen

Tagesfahrleistungen schwanken (im Modell berücksichtigt)

4000 km Ausbau 85% Marktanteil

100%

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

1000 km Ausbau 65% Marktanteil